用于集成光学的卟啉接枝SiO2复合材料及其三阶光学非线性特性研究【文献综述】.doc

1、毕业设计文献综述电子信息科学与技术用于集成光学的卟啉接枝SIO2复合材料及其三阶光学非线性特性研究摘要用溶胶一凝胶特殊工艺制备含卟啉的有机无机复合材料。一般有机染料在凝胶介质中的掺杂浓度比较有限，因此所表现出来的光学性能也比较弱，从而限制了其研制成各种光电器件及其应用。因此，把有机染料通过与无机网络相连接及其通过使用互溶剂等手段有机染料在无机或无机有机基介质中的高浓度掺杂，从而把有机染料的特性与无机材料的优良性能结合在一起。关键词有机无机复合材料；溶胶凝胶法；卟啉化合物1背景与意义有机无机复合材料是20世纪80年代中期以来迅速发展的新的边缘研究领域。这种材料不同于一般的聚合物/无机填料体系，由

2、于结构和性能上差别较大的无机物与聚合物以分子或原子尺度相复合，且复合相之间可以化学键键合，所得的材料兼具有机物与无机物的特点，克服单一的有机或无机材料的局限性，他是无机化学、有机化学、介观物理与材料科学等多学科渗透较叉的结果，综合了无机材料、有机材料和纳米材料的优良特性，已在高技术领域如纤维光学、波导、非线性光学、微电子印刷电路等方面得到应用，也将在低密度、高强度、高韧性材料，光电传感材料、磁性材料等领域得到应用，将成为21世纪最有发展前途的重要复合材料12。该种材料综合了无机、有机和纳米材料的特性，正成为一个新兴的极富生命力的研究领域，吸引着众多的研究者。这种材料的优势主要表现在（1）无机网

3、络中引入有机相增加其柔韧性，赋予无机材料新的性能；（2）在有机聚合物中引入无机相提高其强度、模量、耐磨性等；3制备性能独特的新型材料34。2溶胶凝胶化学与工艺制备有机无机复合材料的方法有很多，但最常见的是嵌入聚合法和溶胶凝胶法5,6。其中用溶胶凝胶法制备有机无机复合材料已有十几年的历史，近年来在国外是研究热点7。21溶胶凝胶法及其特点溶胶凝胶法方法（简称SOLGEL）是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成氧化物或其它化合物固体的方法。SOLGEL方法是湿化学反应方法之一，其特点是用液体化学试剂或溶胶为原料，反应物在液相下均匀混合并进行反应，生成稳定的溶胶体系，没有沉

4、淀发生，放置一定时间后转变为凝胶，其中含有大量液相，可借助蒸发除去液体介质。SOLGEL方法有它一定的优点溶胶凝胶法增进了多元组分体系的化学均匀性。在醇溶胶体系中，液态金属醇盐的水解速度与综合速度基本上相近，其化学均匀性可达分子水平；反应过程易于控制；不同的工艺过程，同一原料可得不同的制品，如纤维、薄膜等；可制得表面积很大的凝胶或粉末。由SOLGEL方法制备的产品均匀度高，尤其是多组份的制品，其均匀度可达分子或原子尺度；其次，制品的纯度高，因为所用原料的纯度高，而且溶剂在处理过程中容易去掉。22SOLGEL法制备有机无机复合材料的原理SOLGEL法制备有机无机复合材料是通过将聚合物溶解在无机物

5、的前驱体溶液中，在聚合物存在的条件下使前驱体水解、聚合，形成SIO2网络；或者使聚合物单体和无机物前驱体同步发生聚合而获得有机无机交织的网络，其相微区尺寸在纳米尺寸范围内，这样紧密混合或相互贯穿和小的微区尺寸的结果，使得材料具有高度的透明性；同时，通过对聚合过程的控制，材料的成份、微观相形态、相互贯穿的程度等均可以在很大范围内变化，它决定了材料的性能也可以在无机物和聚合物之间的很大范围内变化，因而具有可设计性。3卟啉化合物的研究概况及其新进展卟啉PORPHYRINS是卟吩PORPHINE外环带有取代基的同系物和衍生物的总称。卟啉及金属卟啉化合物广泛存在于动植物中，具有特殊生理活性，如血红素、叶

6、绿素、维生素B1。、细胞色素P450等。由于其分子具有刚柔性、电子缓冲性、光电磁性和高度的化学稳定性，早在2O世纪3O年代就有人从事卟啉化学的研究，它们现已广泛用作光导体、半导体、超导体、催化剂、抗癌药物、显色剂等89。当金属卟啉化合物作为一种功能性客体，引入夹层化合物中后，带来了许多优良的性能，如良好的磁性、非线性光学性等。因此在光电材料方面有着广泛的用途。金属有机三阶非线性光学材料中研究最多的就是类卟啉酞菁的金属化合物。由于中心金属的参与极大地提高了化合物的三阶非线性光学性质1013。MARDER等人还发现，金属卟啉显示了良好的激发态吸收性质，是潜在的光限幅材料。4卟啉化合物在有机无机介质

7、中的掺入概况用溶胶一凝胶特殊工艺制备含卟啉的有机无机复合材料。溶胶凝胶技术是通过有机金属盐或无机化合物的水解与聚合反应，在较低温度下可制备成块体、薄膜、粉体以及纤维等不同形状的材料。通常有机染料会在凝胶中产生严重的团聚现象，甚至会析出与凝胶中，从而失去了有机染料固有的活性。一般有机染料在凝胶介质中的掺杂浓度比较有限，因此所表现出来的光学性能也比较弱，从而限制了其研制成各种光电器件及其应用。因此，把有机染料通过与无机网络相连接及其通过使用互溶剂等手段有机染料在无机或无机有机基介质中的高浓度掺杂，从而把有机染料的特性与无机材料的优良性能结合在一起1416。对于很难溶于水、酒精等常规溶剂的卟啉化合物

8、，可以利用一些基团的嫁接作用，把卟啉化合物连接到无机基质中。首先把含NH2功能基团的KH550醇盐与卟啉化合物四羧基苯基卟啉铜中的OH基团发生聚合反应，从而通过NH2基团把这些卟啉化合物嫁接的KH550金属醇盐中，随着KH550中OC2H5集团的水解与聚合反应的进行，与其它醇盐结合到一起，形成一端连接于网络的新型复合材料。参考文献1张立德，牟季美纳米材料学辽宁科学技术出版社，1994，1242JUDEINSTEINP,SANCHEZCJMATERCHEM1996,65213郯福元周立飞，虎轩东厚薄膜混合集成电路一设计、制造和应用第一版，北京科学出版社，L9844LILOAGTU，ZHANGXI

9、AOWENTHAIJINHEFERROELECTTICS199010L1015NOVAKBM,ACVMATER1993,564226MARKJEPANSJMAKROMOLCHEMRAPIDCOMMUN,1982,36817陈红祥，严煤，孙文博卟啉非线性光学材料研究进展J化工新型材料，2002，30I135388汪进，白永平，魏月贞，等八乙基卟啉合成方法的改进J化学世界，2000127309谢腾峰，王德军，王瑛，等四甲基四乙基钯卟啉的表面光伏特性J_高等学校化学学报，1999，201693794010BUNNINGTJ,NATARAJANLV,SCHMITTMC,ETALAPPLOPT1991,

10、304341434911VANSTRYLANDEW,WUYY,HAGANDJ,ETALOPTSOCAMB,1988,51980198912WOODSGL,CLCARKWW,MILLERMJ,ETALPROCSPIE,1989,1105215418013BLAUW,BYRNEH,DENNISWMOPTCOMM,1985,56252914夏海平，浦炳寅，张约品等硅酞青染料与SIO2介质的结构关联及强光限幅效应J科学通报2000，451225123015HAIPINGXIA,MASAYUKINOGAMICOPPERPHTHALOCYANINEBONDINGWITHGELANDTHEIROPTICALPROPERTIESJOPTICALMATERIALS2000,15939816HAIPINGXIA,MASAYUKINOGAMILEADPHTHALOCYANINEINCORPORATEDINSOLANDGELJJOURNALOFMATERIAESSCIENCE1999,3430533055